Investigation of the role of the KEAP1-NRF2 antioxidant pathway in the therapy of secondary acute myeloid leukaemia

• Název práce v češtině: Výzkum role antioxidační dráhy KEAP1-NRF2 v terapii sekundární akutní myeloidní leukémie
• Název v anglickém jazyce: Investigation of the role of the KEAP1-NRF2 antioxidant pathway in the therapy of secondary acute myeloid leukaemia
• Klíčová slova: Akutní myeloidní leukémie (AML), myelodysplastický syndrom (MDS), Kelch-like ECH-associated protein 1 (KEAP1), Nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (NRF2), Isocitrát dehydrogenáza 1 (IDH1) gen, Isocitrát dehydrogenáza 2 (IDH2) gen, mutace, redoxní homeostáza, antioxidační dráha, hmotnostní spektometrie, proteomika, průtoková cytometrie
• Klíčová slova anglicky: Acute myeloid leukaemia (AML), myelodysplastic syndrome (MDS), Kelch-like ECH-associated protein 1 (KEAP1), Nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (NRF2), Isocitrate dehydrogenase 1 (IDH1) gene, Isocitrate dehydrogenase 2 (IDH2) gene, mutations, redox homeostasis, antioxidant pathway, mass spectrometry, proteomics, flow cytometry
• Akademický rok vypsání: 2022/2023
• Typ práce: diplomová práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra genetiky a mikrobiologie (31-140)
• Vedoucí / školitel: RNDr. Kristýna Gloc Pimková, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 26.10.2022
• Datum zadání: 26.10.2022
• Datum potvrzení stud. oddělením: 27.01.2023
• Datum odevzdání elektronické podoby: 30.04.2024
• Datum proběhlé obhajoby: 31.05.2024
• Oponenti: Ing. Jiří Suttnar, CSc.

Předběžná náplň práce

Myelodysplastický syndrom (MDS) je hemato-onkologické onemocnění, které je charakterizováno poruchou diferenciace hematopetických kmenových buněk, klonální expanzí těchto buněk a rizikem progrese do akutní myeloidní leukémie (AML). Léčba MDS je vzhledem k vysokému věku pacientů od 6. dekády omezena na epigenetickou terapii 5-Azacytidinem, zatímco vysokodávkovaná terapie nepřináší benefit. Ačkoliv současná léčiva vedou k výraznému prodloužení života pacientů, jejich úspěšnost je komplikovaná častým vznikem resistence a ztrátou odpovědi na léčbu. Bylo zjištěno, že mutace v genech pro isocitrát dehydrogenázu 1 a 2 (IDH1, IDH2), které se často vyskytují u MDS a AML pacientů, mohou ovlivnit úspěšnost terapie. IDH1 a IDH2 jsou enzymy s funkcí v buněčném metabolismu. Recentní studie ukazují, že aktivační mutace IDH1 a IDH2 vedou k metabolickému přeprogramování buňky s výrazným dopadem na oxidačně-redukční (redoxní) metabolismus. V naší laboratoři se dlouhodobě zabýváme rolí redoxního metabolismu v hematopoéze a leukémii. V našich předchozích studiích jsme zjistili, že regulací antioxidační signální dráhy pomocí inhibitorů syntézy glutathionu nebo inhibitorů antioxidační dráhy KEAP1-NRF2 je možné MDS/AML myeloblastické buňky re-sensitizovat na hypometylační agens – 5-Azacytidin.
Cílem diplomové práce je charakterizovat vliv mutací IDH1 a IDH2 na aktivaci dráhy KEAP1-NRF2 u leukemických buněčných linií v kontextu citlivosti těchto linií na anti-leukemickou terapii. Výsledkem této vědecké práce budou vědecky kompetitivní výsledky ve formě článků v časopisech s IF a vyhotovená diplomová práce a její veřejná obhajoba.
Diplomantka se bude zabývat přípravou a validací biologického modelu – leukemických buněčných linií s nadprodukcí mutovaných enzymů IDH1 a IDH2. Při přípravě biologického modelu si osvojí metody jako je PCR, izolace DNA, klonování, imunobloting a průtoková cytometrie. Následovat bude charakterizace redoxní homeostázy u připravených mutantů pomocí redoxních fluorescenčních prób na průtokové cytometrii s důrazem na rozdíl mezi jednotlivými liniemi a mutatními variantami v kontextu s citlivostí na anti-leukemickou terapii. Aktivaci dráhy KEAP1-NRF2 budeme zjišťovat pomocí stanovení hladiny NRF2 v jádře, imunodetekce cílových proteinů aktivovaných NRF2 a případně za využití imunoprecipitace KEAP1 s identifikací interakčních partnerů pomocí hmotnostní spektrometrie. Na závěr budeme testovat vliv různých inhibitorů KEAP1-NRF2 na odpověď leukemických linií s IDH1 a IDH2 mutacemi na anti-leukemickou terapii. S mnohými z uvedených postupů se již studentka seznámila během své bakalářské práce na téma „Vybrané aspekty redoxního metabolismu v leukemogenzi“, kterou úspěšně obhájila na jaře 2022. Diplomová práce bude tématicky navazovat na práci bakalářskou.
Vědecké plány vždy souvisejí nejen s kvalitou adoptovaných technologií ale též i s grantovou podporou projektů (jež aktuálně je na několika úrovních včetně zdrojů GAČR, AZV a UK). Dále je nepostradatelná i účast vědeckých facilit mající k dispozici významné přístrojové vybavení. V BIOCEV máme unikátní možnost využít expertízu řady takových facilit včetně jednotky myší transgeniky (aktuálně CCP-ÚMG, garant doc. R. Sedláček), proteomiky (garant Mgr. K. Harant) či mikroskopie (garant Dr. A. Benda).